CA2903123A1 - Capteur a engrenage d'energie eolienne - Google Patents

Abstract

Une éolienne à engrenage est une structure pivotante qui s'oriente automatiquement face au vent pour capter, à l'aide des dents modifiées et surdimensionnées d'un ou plusieurs engrenages, l'énergie cinétique du vent. Pour ce faire, un déflecteur, installé à l'avant de l'éolienne, dévie le vent en direction des dents des engrenages sur un côté de l'axe de rotation seulement et masque l'autre côté. A l'arrière de l'éolienne, suffisamment excentrique à la nacelle, une gouverne fixée sur le dessus de cette dernière, suffit, par le débalancement des forces, à l'orienter automatiquement face au vent. Les engrenages sont reliés entre eux à la machinerie de production par une série de joints de cardan qui additionnent automatiquement et totalement l'énergie que chaque engrenage produit individuellement. Grâce à son design particulier, l'éolienne à engrenage permet la construction d'éoliennes de très grande capacité de production énergétique.

Description

DEMANDE FORMELLE DE BREVET
TITRE DE L'INVENTION
CAPTEUR A ENGRENAGE D'ÉNERGIE ÉOLIENNE
CHAMP COUVERT PAR L'INVENTION
(0001) L'invention dont il est question ici se réfère au domaine des capteurs d'énergie cinétique éolienne communément appelés, éoliennes.
HISTORIQUE DE L'INVENTION

(0002) Les éoliennes sont habituellement réparties en deux catégories principales: les éoliennes à axe vertical et les éoliennes à axe horizontal.
La plus répandue est l'éolienne à axe horizontal à trois pales.

(0003) Avec les éoliennes à axe vertical, le vent souffle sur des pales ou des panneau l de différentes formes installés verticalement autour d'un axe et leur induit un mouvement de rotation. Puisque le vent souffle des deux côtés de l'axe en même temps, une partie de son énergie est perdue car des forces à droite de l'axe en annulent d'autres situées à gauche de l'axe.
La rotation se fait à cause du débalancement des forces. La résultante des forces de gauche et celles de droite fait tourner l'éolienne du côté où la résistance est la plus faible.

(0004) Parmi les éoliennes à axe horizontal, la plus répandues est le rotor à trois pales. Le vent souffle sur les pales dont les côtés sont disposés en angle par rapport à sa direction . Une force résultante pousse les pales de côté en leu4imprimant un mouvement de rotation. Contrairement à la plupart des éoliennes à axe vertical, l'éolienne à axe horizontal utilise toute l'énergie du vent car le vent agit dans une seule direction et aucune force due au design ne s'annule.

(0005) Quelle que soit la sorte d'éolienne, la puissance que fournit cette dernière est fonction des trois facteurs suivants: la surface soufflée par le vent, la vitesse du vent et la densité de l'air. On pourrait ajouter aussi la masse du rotor. Dépendamment du résultat que l'on recherche, l'inertie de la masse peut s'avérer utile ou nuisible. On a besoin de force pour vaincre une inertie nuisible. Cela se traduit par une perte parfois coûteuse en énergie.

(0006) On utilise des éoliennes pour effectuer différents travaux.
Certaines vont pomper directement de l'eau en faisant tourner une pompe.
D'autres sont reliées à un alternateur ou une génératrice pour produire du courant électrique. Le courant électrique est utilisé à son tour pour alimenter divers appareils directement ou est emmagasiné dans une batterie d' aetumulateurs pour être restitué au moment opportun.

(0007) Certaines éoliennes à axe horizontal telles que les éoliennes à
trois pales, tournent face au vent reliées à une transmission mécanique avant de faire tourner un alternateur à vitesse constante, habituellement 1,800 tours par minute.

(0008) Normalement, un anémomètre est installé sur la nacelle de l'éolienne qui supporte son rotor, Il mesure la vitesse du vent pour que l'éolienne puisse fonctionner de façon optimum. Une vitesse de vent minimum doit être atteinte pour que l'éolienne démarre et une vitesse maximum ne doit pas être dépassée pour ne pas risquer de l'endommager.

(0009) Une girouette installée sur la nacelle indique la direction du vent.
Comme l'éolienne doit toujours se placer face au vent pour avoir un rendement optimum, un mécanisme automatisé trouve la position idéale instantanée et un moteur, couplé à un engrenage, fait pivoter la nacelle jusqu'à ce qu'elle occupe cette position recherchée.

(0010) L'angle des pales est variable afin de contrôler la vitesse angulaire de rotation. Lorsqu'on a atteint la vitesse maximum à laquelle on peut faire travailler l'éolienne sans danger de la briser, on doit la mettre au repos jusqu'à ce que la vitesse des vents soit redevenue acceptable. Les pales sont alors placées face au vent dans un angle qui les empêche de tourner.

(0011) Comme la puissance fournie par une éolienne à axe horizontal est fonction du diamètre de son rotor, celle-ci doit être construite en hauteur pour pouvoir fonctionner adéquatement et avec suffisamment de vent.
Une éolienne dont les pales tourneraient trop près du sol serait dangereuse pour quelqu'un qui passerait à proximité. C'est pourquoi une grande tour est nécessaire pour supporter la nacelle à une hauteur sécuritaire et permettre aussi à cette dernière de pivoter sur elle-même et se placer face au vent. Cette tour doit être ancrée très solidement au sol pour ne pas être déracinée par la force des grands vents.

(0012) Le premier désavantage des éoliennes actuelles est d'occuper un trop grand espace en hauteur et en largeur par rapport à la puissance qu'elle fournit. Une éolienne en rotation trace un cercle. Ce cercle correspond à une surface donnée. Les pales d'une éolienne à axe horizontal occupent, à l'intérieur de ce cercle, une surface qui est inférieure à 10% de la surface totale de ce cercle. Donc, 90% ou plus de l'espace nécessaire pour faire tourner l'éolienne ne sert pas à capter de l'énergie.

(0013) Le deuxième désavantage des éoliennes actuelles est qu'elles sont très coûteuses à fabriquer à cause de leur design complexe. Passer d'une puissance moindre à une puissance supérieure se traduit par une augmentation considérable des coûts engendrés par un travail complexe et les matériaux supplémentaires.
f(0014) Le troisième désavantage des éoliennes actuelles est la limite de vitesse du vent imposée par ce type de construction du rotor. Il faut un fminimum d'énergie cinétique pour la mettre en mouvement. Il en est de même pour la limite maximum de la vitesse de rotation du rotor. Devoir arrêter l'éolienne pour éviter qu'elle se brise parce que les vents sont trop forts est un ;on sens. C'est quand il y a des grands vents qu'une éolienne est la plus rentable. Les basses vitesses doivent aussi être plus exploitées.

(0015) Le quatrième désavantage des éoliennes actuelles est qu'elles sont construites en hauteur plutôt qu'en largeur. La hauteur des structures est très réglementée plus que la largeur. Le transport aérien et l'urbanisme ont leurs exigences concernant la hauteur.
(0016) Le cinquième désavantage des éoliennes actuelles est qu'elles sont dangereuses pour la faune ailée. Une pale d'éolienne qui frappe un oiseau, c'est la mort assurée pour ce malheureux.
(0017) Le sixième désavantage des éoliennes actuelles est le bruit et les vibrations parasites qu'elles font spécialement lorsque les pales descendent à leur point le plus bas. Certaines personnes sont dérangées et d'autres leur santé plus ou moins affectée par ce bruit redondant.
(0018) Le leptième désavantage des éoliennes actuelles est qu'elles ne sont pas conçues pour accumuler de l'énergie comme les barrages hydroélectriques. Pourtant elles le peuvent comme il va être démontré
dans cette demande formelle de brevet et autrement qu'avec des piles. Il n'y a pas de raison pour qu'une éolienne ne soit pas aussi rentable sinon plus qu'un barrage hydroélectrique.
(0019) Le huitième désavantage des éoliennes actuelles est qu'elles ont besoin d'une mécanique complexe spéciale pour les aligner face au vent.
Une girouette placée sur la nacelle doit d'abord trouver la direction exacte dans laquelle le vent souffle et envoyer l'information à un moteur pour qu'il place la nacelle dans la bonne direction face au vent. La possibilité qu'une éolienne tombe en panne est proportionnelle au nombre de pièces mobiles présentes dans les mécanismes qui assurent son fonctionnement.
(0020) Le neuvième désavantage des éoliennes actuelles est l'accessibilité à la nacelle et à sa mécanique par n'importe quel mécanicien.
En effet, le fait de devoir monter très haut dans des échelles n'est pas dans les capacités de tout le monde.

+d (0021) Le dixième désavantage des éoliennes actuelles est le transfert de l'énergie produite par l'alternateur au sol. Les câbles électriques utilisés se tordent par la rotation de la nacelle et on doit replacer mécaniquement la nacelle pour ne pas que ceux-ci se brisent.
(0022) Pour éliminer tous ces désavantages des éoliennes actuelles et pourvoir l'industrie d'éoliennes performantes et rentables, il y a un besoin réel à combler.
BUT D'UNE TELLE INVENTION
(0023) Le but premier de l'invention présentée dans ce document est de pourvoir le marché mondial d'une éolienne plus économique à construire et plus facile à utiliser car les éoliennes actuelles ne sont pas très rentables comparées aux barrages hydroélectriques. La puissance fournie par l'éolien devrait coûter moins cher que l'hydroélectricité mais ce n'est pas le cas présentement. De plus, cette éolienne peut, avantageusement, servir de turbine hydraulique lorsque placée face ou sur à un courant d'eau.
PRÉCIS DE CETTE INVENTION
(140 mots) (0024) Une éolienne à engrenage est une structure pivotante qui s'oriente automatiquement face au vent pour capter, à l'aide des dents modifiées et surdimensionnées d'un ou plusieurs engrenages, l'énergie cinétique du vent. Pour ce faire, un déflecteur, installé à l'avant de l'éolienne, dévie le vent en direction des dents des engrenages sur un côté de l'axe de rotation seulement et masque l'autre côté.
A l'arrière de l'éolienne, suffisamment excentrique à la nacelle, une gouverne, fixée sur le dessus de cette dernière, suffit, par le débalancement des forces à l'orienter automatiquement face au vent.

Les engrenages sont reliés entre eux à la machinerie de production par une série de joints de cardan qui additionnent automatiquement et totalement l'énergie que chaque engrenage produit individuellement. Grâce à son design particulier, l'éolienne à engrenage permet la construction d'éoliennes de très grande capacité de production énergétique.
(0025) Pour éviter que le capteur à engrenage d'énergie éolienne ne s'élève trop en hauteur, celui-ci est placé à la verticale pour s'étendre de préférence en largeur plutôt qu'en hauteur si le besoin d'une plus grande puissance s'avérait impératif. Plus les dents des engrenages sont éloignées de leur centre de rotation, plus l'effet de levier est grand. La puissance développée est proportionnelle au diamètre de l'engrenage et à la surface de captage du vent par les des dents. Cette éolienne est discrète puisqu'elle peut s'installer à une altitude raisonnable. De plus, la hauteur des dents ne devient pas une priorité pour augmenter la puissance de l'éolienne. Doubler la hauteur des dents n'aura que peu d'incidence sur la hauteur tot3le de l'éolienne. Par contre, en le faisant, on double sa puissance.
(0026) Comme on vient de le souligner, si on veut doubler la puissance du capteur, on n'a qu'a doubler la hauteur des dents sans augmenter le diamètre des engrenages. On peut aussi augmenter la puissance de l'éolienne en augmentant seulement le diamètre des engrenages sans en changer la hauteur. Augmenter le diamètre des engrenages en même temps que la hauteur de leurs dents multiplie la puissance de l'éolienne exponentiellement.
(0027) Augmenter la hauteur des dents d'un engrenage renforcit sa structure. Lés pales des éoliennes actuelles plient sous la force des vents trop forts mais pas les engrenages. Ceux-ci restent rigides quelle que soit la vitesse du vent. Leurs murs verticaux et la courbe des dents assurent une 1 ¨7¨

grande rigide de par leur forme convexe en plus d'être renforcis par des étais perpendiculaires ou à angle.
(0028) Les éoliennes à pales actuelles sont, de par leur forme, complexes 1 sur toute leur longueur et très coûteuses à fabriquer. Les développantes de cercle des engrenages sont, par comparaison, beaucoup plus simples à
reproduire. Celles-ci s'étendent à l'horizontale sur une surface droite et courbe verticalement et une surface courbe et unie horizontalement. La hauteur des dents n'a aucune incidence sur la forme de leur courbe. Pour reproduire la forme d'une dent, il suffit de dérouler un rouleau de tôle, de largeur et de longueur appropriée et que les côtés de cette tôle soient fixés sur la structure portante de la dent en suivant simplement la courbe de la développant; de cercle. La largeur du rouleau de tôle correspond exactement à la hauteur de la dent. C'est un travail rapide, donc peu coûteux. Aucun moule n'est nécessaire.
(0029) A
cause de la forme convexe des dents d'engrenage et de la grande solidité du rotor dans son ensemble, il est inutile d'imposer des limites de vitesse angulaire à la rotation des engrenages. C'est quand le vent souffle le plus fort qu'il peut fournir le plus d'énergie cinétique utile.
Arrêter l'éolienne quand elle est le plus rentable est un non sens. La formule de la puissance maximale d'une éolienne est la suivante:
Pma.Ø37 xSxV (au cube) P max = Puissance maximale théorique d'une éolienne.
S = Surface balayée par les pales.
V = Vitesse du vent au cube.
Donc, la puissance augmente proportionnellement au cube de la vitesse du vent. Arrêter une éolienne par grands vents équivaut à perdre de très grandes quantités d'énergie inutilement. C'est pourquoi, il fallait modifier dramatiquement le design d'une éolienne. Il ne suffit pas qu'un mécanisme fonctionne, tout simplement, pour que ce soit acceptable et rentable.
L'engrenage, pourtant connu depuis bon nombre d'années, n'a jamais été
utilisé dans la construction d'éoliennes comme capteur d'énergie cinétique.
Par conséquent, à cause de ses nombreux avantages, il fera partie des revendications de cette demande formelle de brevet.
(0030) La construction des capteurs à engrenage verticaux dont le diamètre du rotor s'étend, de préférence, horizontalement permet de garder ces derniers à une hauteur raisonnable et évite de multiplier indument leur nombre lorsqu'on veut augmenter la puissance totale de production d'énergie utile. De plus, une même base pourrait recevoir des capteurs à engrenages beaucoup plus puissants, selon le besoin, sans devoir effectuer des modifications élaborées car elle serait assez forte pour les supporter.
(0031) Les engrenages d'un capteur d'énergie cinétique éolienne ne sont pas construits comme les engrenages dont les dents s'intercalent dans celles d'un autre engrenage pour se transmettre mutuellement le mouvement. L'espace prévu entre les dents pour que ces dernières s'emboîtent les unes dans les autres est éliminé pour augmenter leur surface de captage du vent. De plus, les deux développantes de cercle d'une dent se rejoignent en un point commun pour augmenter davantage la surface de la dent. Cette augmentation de surface des dents est d'autant plus utile que la puissance d'une éolienne est aussi proportionnelle à la surface des capteurs (dents, pales, etc.) balayée par le vent.
(0032) Les capteurs à engrenages sont installés dans un habitacle pivotant à axe vertical appelée nacelle. Cette nacelle de forme aérodynamique recouvre complètement les engrenages qui tournent de préférence à
l'horizontale mais pourraient aussi tourner, sans problème, à la verticale avec un design différent. Autant de possibilités sur une même éolienne est une supériorité indéniable sur les autres modes de construction.

(0033) Des déflecteurs sont installés à l'avant de la nacelle pour diriger le vent en direction des dents d'engrenage sur un côté de l'axe de rotation seulement. Deux choix s'offrent à nous: le vent est dirigé vers les côtés de la nacelle ou vers le milieu de celle-ci. On peut exposer au vent seulement un côté d'un engrenage à la fois sinon les forces s'annulent et il n'y a aucune rotation. Les déflecteurs sont, de préférence, convexes pour assurer un écoulement aérodynamique du vent. Pour chaque roue d'engrenage, le vent est dirigé soit vers le milieu ou soit vers les côtés de la nacelle, au choix, mais pas les deux à la fois. Toute la masse d'air passe au même endroit, dans le milieu, à travers toute la nacelle. Si la masse d'air est dirigée de chaque côté, le vent se sépare moitié vers la droite et moitié
vers la gauche de la nacelle et passe aussi à travers toute la nacelle. Même si les engrenages sont mécaniquement reliés par des joints universels, le vent les activne séparément et additionne instantanément leurs forces au moyen de ces derniers.
(0034) La nacelle recouvre le dessus et le dessous des capteurs à
engrenage. Ceci protège contre les intempéries toutes les parties mobiles des engrenages et de sa mécanique.
(0035) Les capteurs à engrenage sont connectés à un axe commun avec des joints universels. Le premier avantage des joints universels est qu'ils, à

cause de leur précisions, assurent une parfaite synchronisation des engrenages. Le deuxième avantage est qu'ils sont plus faciles à remplacer en cas d'usure ou de bris mécanique que l'utilisation, pour transmettre le mouvementmdengrenages standards. Le troisième avantage est que, tout comme dans le cas des engrenages standards, ils permettent une rotation résultante dans le même sens à deux capteurs d'énergie cinétique qui, au départ, tournent obligatoirement dans le sens contraire l'un de l'autre.
(0036) Étant donné
que les capteurs à engrenage d'énergie cinétique éolienne sont installés à l'intérieur d'une nacelle rigide, la mécanique pour les arrêter de tourner est beaucoup plus simple et peu coûteuse.

=== -10-(0037) Le fait que les capteurs à engrenage puissent accumuler de l'énergie sous forme d'air comprimé et faire tourner simultanément un alternateur et un compresseur lui donne une supériorité indéniable sur les autres éoliennes utilisées présentement.
(0038) Le design particulier des capteurs à engrenage permet la réparation ou l'entretien d'une éolienne sans être obligé de les arrêter de tourner car la vitesse angulaire est très basse et parfaite pour un embrayage ou débrayage et blocage. Seule une réparation sur un engrenage obligerait son arrêt mais ça se ferait facilement et de façon non hasardeuse, l'intérieur de la nacelle servant d'appui sécuritaire.
(0039) L'entretien nécessaire pour l'éolienne à capteurs à engrenage est fait dans un environnement sécuritaire à l'intérieur de la nacelle seulement et à l'abri des intempéries. L'espace disponible à l'intérieur de la nacelle est très grand et offre une variété infinie de possibilités pour des modifications subséquentes désirées comme l'ajout d'équipements supplémentaires.
(0040) L'accès à la nacelle est très sécuritaire et facile par le centre de la base. Le design de l'éolienne à capteur à engrenage offre un choix varié
d'accès à la nacelle. L'accès par échelle est à proscrire, même si toujours possible, étant donné que l'installation d'ascenseur ou de monte-charge ainsi que d'un escalier en colimaçon est facile et tout indiqué. On peut installer, au choix, un ascenseur et un escalier à une base fixe et une nacelle pivotant séparément. De plus, il est possible d'installer un ascenseur et un escalier fixé à la nacelle et qui pivotent en même temps qu'elle. L'ascenseur 1. et l'escalier pivotant en même temps que la nacelle offrent plusieurs avantages.
(0041) La nacelle est légèrement plus grande que son support fixe et pivote, centrée sur ce dernier, pour faire toujours face au vent. Étant donné que la nacelle s'étend plus en largeur sur l'horizontale qu'en hauteur sur la verticale, la base fixe qui la supporte doit être, de préférence, très grande et, par conséquent, très stable. Sa rigidité lui permettra de fonctionner de façon sécuritaire par de très grands vents.
(0042) La nacelle est orientée automatiquement par une gouverne fixée sur le dessus de sa partie arrière à l'extérieur du cercle de rotation des deux engrenages. Aucun autre mécanisme n'est nécessaire pour l'alignement de cette dernièrl.
(0043) Cette invention offre un large éventail de possibilités que ne peuvent offrir les autres éoliennes.
(0044) Les avantages et particularités de cette invention deviendront plus évidentes avec la description des dessins qui suit.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
(0045) En référence aux dessins annexés à cette demande formelle de brevet.
(0046) La FIGURE 1 est une vue de côté complète d'une éolienne à
engrenage incluant la nacelle et la base qui la supporte.
(0047) La FIGURE 2 est une vue de face de la même éolienne.
(0048) La FIGURE 3 est une vue extérieure de face de la nacelle de l'éolienne à engrenage.
(0049) La FIGURE 4 est une vue en coupe et de côté de la nacelle montrant des détails de son intérieur.
(0050) La FIGURE 5 est une vue de côté extérieure de la nacelle seulement, sans sa base.
(0051) La FIGURE 6 est une vue de côté de l'extérieur de la base de la nacelle. Le devant de la base est semblable au côté quant à la construction.

A cause de la rotation probable, sur 360 degrés, de la nacelle qui doit recouvrir, deupréférence, entièrement la base, il va de soi que la base qui supporte la nacelle devrait être, soit carré, soit circulaire ou un polygone régulier. Ceci engendrera des économies dans la construction.
(0052) La FIGURE 7 est une vue du dessus de la base sur laquelle pivote la nacelle.
(0053) La FIGURE 8 est une vue extérieure du dessus de la nacelle.
(0054) La FIGURE 9 est une vue extérieure du dessous de la nacelle.
(0055) La FIGURE 10 est une vue du dessous extérieur de la base.
(0056) La FIGURE 11 est une vue extérieure d'un bloc rouleau amovible et ajustable en hauteur sur lequel s'appui la nacelle pour pivoter face au vent.
(0057) La FIGURE 12 est une vue extérieure d'un bloc rouleau amovible, ajustable horizontalement, contre lequel l'axe de la nacelle s'appui pour centrer la rotation de son pivotement.
(0058) La FIGURE 13 est un schéma de la développante de cercle utilisée pour construire la forme des dents d'engrenage de l'éolienne.
(0059) La FIGURE 14 ET 14 A est une représentation de la forme des dents d'engrenage et la modification d'une dent standard.
(0060) La FIGURE 15 est un dessin d'un engrenage complet à trois dents vu de dessus avec les détails de ses composantes principales.
(0061) La FIGURE 16 est la représentation de la position normale de deux engrenages à trois dents et de la direction du vent. Elle peut aussi tourner dans d'autres positions.

(0062) La FIGURE 17 et 17 A est la représentation des composantes d'un engrenage à trois dents en pièces détachées.
(0063) La FIGURE 18 le dessin en perspective de deux engrenages à trois dents.
(0064) La FIGURE 19 montre les deux engrenages de la FIGURE 18 vu de face.
(0065) La FIGURE 20 montre les trois parties principales de l'intérieur de la nacelle.
(0066) La FIGURE 21 montre l'intérieur de la nacelle, vu de dessus avec ses deux engrenages à trois dents.
(0067) Les FIGURES 22, 23, 24 et 25 représentent l'intérieur de la nacelle, vu de dessus, avec des engrenages à 2, 3, 4 et 6 dents.
(0068) Les FIGURES
26 et 27 représentent le parcours que doit contourner le vent lorsqu'il passe à travers l'éolienne en son centre.
(0069) Les FIGURES 28, 29 et 30 montrent les pièces mécaniques qui sont utilisées dans le transfert du mouvement de rotation des engrenages à la machinerie. Ce sont des coussinets montés sur bloc, des joints de cardan et des roues dentées avec leur chaîne respective.
(0070) La FIGURE 31 montre un ensemble complet de deux coussinets montés sur bloc traversés par un axe aux bouts duquel sont fixés deux joints de cardan.
(0071) Les FIGURES
32 et 33 montre un manchon avec deux sortes de fixations amovibles pour joindre et fixer deux axes ensembles.

-14-(0072) La FIGURE 34 montre un ensemble de deux coussinets montés sur bloc réunis par un axe à une roue dentée qui transmet son mouvement à
une autre roue dentée connectée elle-même à de la machinerie.
(0073) 'La FIGURE 35 montre toutes les pièces nécessaires à la transmission mécanique du mouvement des engrenages en rotation montées sur un cadre fixe. La FIGURE 36 montre un item qui doit être installé en plusieurs exemplaires, l'un à la suite de l'autre, pour former un ensemble, comme dans la FIGURE 31 mais avec la plaque de support en moins.
(0074) La FIGURE 37 représente l'assemblage complet nécessaire à une éolienne pour transmettre mécaniquement l'énergie cinétique du vent sur deux étages à la fois.
(0075) La FIGURE 38 montre l'intérieur d'une éolienne, vu de dessus, dans laquelléle vent passe d'un côté et de l'autre de l'axe de pivotement de la nacelle au lieu du centre de cette dernière.
(0076) La FIGURE 39 est une représentation d'une éolienne complète, nacelle et base, vu de l'extérieur sur le côté, avec en plus un ascenseur et un escalier fixé à la base.
(0077) La FIGURE 40 est une représentation en coupe par le centre de la même éolienne qu'en (0076).
I.
(0078) La FIGURE 41 montre la base seulement de la FIGURE 40 avec son ascenseur et son escalier fixés à cette dernière.
(0079) La FIGURE 42 montre l'intérieur de la nacelle d'une éolienne à
engrenage en coupe avec un ascenseur et un escalier fixée à cette dernière qui lui sert à la fois d'axe de pivotement.
1 (0080) La FIGURE 43 montre la base de l'éolienne prête à recevoir la nacelle de la FIGURE 42.

-15-(0081) La FIGURE 44 montre l'assemblage des FIGURE 42 et FIGURE 43).
(0082) La FIGURE 45 montre une connexion complète, mâle et femelle, pivotante pour un conduit d'air comprimé et un câble électrique.
(0083) Les FIGURES 46 à 50 inclusivement ne font pas partie de cette demande de brevet mais sont fournies à titre comparatif seulement avec l'éolienne présentée dans ce document.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
(0084) Les FIGURES 1 et 2 montre l'éolienne à engrenage complète vue de l'extérieut. Une nacelle pivotante (1) est orientée automatiquement dans le vent par une gouverne fixe (3) en pivotant sur une base (2) qui la supporte. Le bas (11) de la nacelle repose sur la base (2) et cette dernière est retenue sur la base (2) par la pièce (4) avec des boulons (8) tel que démontré dans les FIGURES 3, 4 et 5. Des déflecteurs (5) dirigent le vent vers le centre de la nacelle sur les dents des engrenages (6) représentées en noir. L'angle d'attaque du vent (7) sépare le vent qui passe par l'intérieur de la nacelle de celui qui contourne cette dernière (1) à
l'extérieur.
(0085) La FIGURE 4 est une vue en coupe de l'intérieur de la nacelle. Les deux bouts (j.4) des axes des engrenages (6) sortent l'un dans la chambre du haut de la nacelle (13) et l'autre dans la chambre du bas (77). Le vent qui fait tourner les engrenages (6) contourne les déflecteurs (5), passe par l'aire de rotation des engrenages (17) et finit de traverser la nacelle par le tunnel (12). Ce passage est séparé du haut de la nacelle (56), du bas de la nacelle (57) et des côtés (54) et (55) par un plancher et un plafond. Ces murs sont vides et l'intérieur peut être utilisé. Ils ne comprennent que la structure de soutient et de rigidité. Dans la production d'énergie, la masse est d'une extrême importance. Cette éolienne est donc construite la plus légère possible tout en conservant sa force et sa rigidité. Les chambres (13) et (77) logent tout l'équipement nécessaire à la captation ou à la transformation d'énergie. Les déflecteurs (5) se terminent à
l'entrée de l'aire de rotation des engrenages en (16) et servent, en même temps, à masquer un côté des engrenages sans quoi il n'y aurait pas de rotation. Un trou d'homme (15) donne accès à l'intérieur de la nacelle par la base (2). Échelle ou escalier et ascenseur peuvent donc y être rajoutés (0086) Dans la FIGURE 5, nous remarquons l'axe surdimensionné (9) de la nacelle qui traverse la base (2) par l'ouverture (37) de la FIGURE 10. Cet axe est retenu à la base par la pièce (4) fixée par des boulons (8) ou une autre fixation pour l'empêcher de sortir de sa position. Cet axe est centré
par les rouleaux ajustables (26) de la FIGURE 12 ou (18) de la FIGURE 7. La base circulaire (10) de la nacelle repose sur les rouleaux (19) de la FIGURE
7 ou (21) de la Figure 11, ajustables en hauteur. Le dessous du bas de la nacelle (11) est une surface plane (33) de même que le plafond (36) de la base (2). Les côtés (20) de la base (2) sont des espaces vides dans lesquels ont peut installer des murs et faire un atelier fermé.
(0080) 1õps FIGURES 11 et 12 montrent les rouleaux d'ajustement en hauteur de la nacelle et ceux qui servent à centrer cette dernière sur la base (2). Ces rouleaux sont encastrés dans des supports amovibles (24) et (30). Les numéros (22) et (27) montrent l'endroit où il faut faire les ajustements. Les supports amovibles (24) et (30) reposent sur les extensions (25) et (31) dans lesquelles des trous sont pratiqués en (23) et I(29) pour les boulonner solidement à la base (2) en (35). Si des réparations sont nécessaires, on accède à tous les supports (24) et (26) par deux trappes pratiquées dans le plancher de la nacelle (1) en faisant tourner cette dernière jusqu'à ce qu' on puisse atteindre un par un le ou les rouleaux défectueux et les remplacer.
(0081) Dans la FIGURE 13, nous avons la construction d'une développante de cercle utilisée pour le design des dents d'engrenage de l'éolienne. Les dents d'engrenage normales sont construites avec des =

développantes de cercle tronquées, comme on peut voir en (82) dans la FIGURE 14 e4 14 A. Le dessus d'une dent d'engrenage est normalement plat et un dégagement (G) s'impose. Dans le cas d'une éolienne à
engrenage, il faut modifier la dent de telle sorte que sa surface soit la plus Igrande possible. Les 4 développantes de cercle AB, BC, CD et DE sont identiques en longueur et forment deux dents d'engrenage dans cet I. exemple. En faisant ce design, nous venons d'augmenter considérablement la surface de la dent. Comme la surface de captation du vent est un élément extrêmement important dans la puissance d'une éolienne, ce design fait toute la différence, même si ce n'est qu'un détail, et il doit être retenu comme essentiel à ce brevet. En effet, la formule de la puissance du vent est la suivante: 13 (ma.) = 0.37 xSxV (au cube). Donc, la puissance est proportionnelle à la S (surface) soufflée par le vent.
(0082) On peut voir directement dans la FIGURE 14 l'augmentation approximative de surface de la dent d'engrenage avec le nouveau design.
Si l'on mesure grossièrement avec une règle la distance entre 1 et 2 et que l'on mesure ensuite les distances en pointillé Al et B2 en les additionnant, on remarque qu'en rallongeant la développante de cercle, on vient de doubler approximativement la surface soufflée par le vent. Donc, par le fait même, la puissance est aussi doublée. La développante de cercle est décrite à partir du cercle de rayon OC avec son centre en O.
1 (0083) La FIGURE 15 montre la construction d'un engrenage à trois dents et ses' différentes parties assemblées. Cet engrenage est utilisé
comme exemple d'un engrenage à développante de cercle allongée pour en augmenter la surface soufflée par le vent.
(0084) La FIGURE 16 montre deux engrenages à trois dents (60) en position de travail. Les deux engrenages tournent dans le sens contraire l'un de l'autre (47) et (48) sans se toucher (46) car les dents ne servent pas d'entraînement pour la mécanique. Ce sont plutôt les axes (44) qui sont 4.

reliés entre eux par des joints mécaniques expliqués plus loin. Le vent souffle dans la direction (45) indiquée par les flèches.
(0085) La FIGURE 17 expose les parties principales de la construction d'un engrenage à dents multiples, ici trois dents. Un support rigide (42) retient les pièces (38), (39), (40) et (41) qui forment les dents de l'engrenage avec les boulons (43). Le support (42) est une structure évidée fait de matériaux en barres reliées entre elles pour diminuer la masse au maximum. Il en est de même pour la section (40) sur laquelle est fixé le panneau (39). La pièce (38) est le recouvrement extérieur de la dent en tôle ajustée au profil de la dent d'engrenage. La pièce (40) est la structure qui donne la forme de développante de la dent en plus de la rigidité. La pièce (39) est un panneau mince pour donner de la rigidité à la pièce (40). La pièce (41) est un morceau qui sert à rattacher ensemble les modules de la FIGURE 17 A.
(0086) La FIGURE 18 est une vue en perspective de deux engrenages à 3 dents. Dans la FIGURE 19, on les voit de côté.
(0087) La FIGURE 20 est une vue en coupe et de dessus de l'intérieur de la nacelle àl'étage des engrenages. On y remarque les trois sections principales de cet étage: le déflecteur ou l'entonnoir (5), l'aire de rotation des engrenages (17) et le tunnel d'évacuation de l'air (12).
(0088) Les engrenages (49) et (50) à 3 dents (60) de la FIGURE 21 tournent dans le sens contraire l'un de l'autre poussés par le vent (45) dans la direction des flèches. La largeur (16) du tunnel (12) reçoit aussi l'air dévié vers le centre de la nacelle par les déflecteurs (5) provenant de toute la surface frontale de cette dernière. L'axe de pivotement de la nacelle se trouve à mi chemin sur la ligne qui relie les axes des deux engrenages. L'arête (7) sur le devant de l'éolienne dévie le vent, soit vers le centre de Zéolienne, soit vers l'extérieur (1) pour la contourner.

(0089) Les FIGURES 22, 23, 24 et 25 montre l'éolienne équipée avec des engrenages à 2, 3, 4 et 6 dents. L'idée est d'avoir la plus grande surface possible poussée par le vent avec le moins de matériaux de construction possible.
(0090) La FIGURE 26 montre les surfaces que contourne le vent lorsqu'il passe à travers l'éolienne. Le vent se divise en deux écoulements à partir de l'arête (7). L'un passe sur le dessus de la nacelle à l'extérieur de celle-ci et l'autre à l'intérieur en suivant un parcours aérodynamique puisque l'extérieur est de forme elliptique. A l'intérieur, une fois le déflecteur I - passé, le vent parcoure une ligne droite. Le déflecteur aussi doit être aérodynamique. Ici, c'est une développante de cercle mais ce pourrait être aussi bien un arc de cercle.
(0091) La FIGURE 27 montre que le vent utilise un parcours identique que celui de. la FIGURE 26 même si le design de l'intérieur du mur est différent.
(0092) Les FIGURES 28 (coussinets sur blocs), 29 (joint de cardan) et 30 (roues dentées avec chaînes) montrent l'équipement nécessaire à la transmission du mouvement des engrenages à la machinerie d'emmagasinage et de production d'énergie utile.
(0093) La FIGURE 31 est un assemblage de l'équipement de la FIGURE
28 et de la FIGURE 29 sur un support amovible (69) fixé au cadrage commun à tous (76). Deux trous percés dans le support (69) en (75) sont pratiqués sur le support à chaque extrémité pour le boulonner au cadrage. '=
(0094) Les joints de cardan (63) ont un axe commun (68) à une extrémité supporté par deux coussinets sur blocs et un demi axe (67) relié
1 au joint de cardan suivant par l'autre demi axe. Un manchon cannelé
(70) à l'intérieur, dans la FIGURE 32, ou muni de chemins de clef, dans la FIGURE 33, rattache les deux demi axes (67) ensembles. Ce manchon est absolument nécessaire pour qu'on puisse démonter un ensemble comme la FIGURE 31 sans avoir à démonter ceux qui sont à côté. Il suffit, après avoir libéré le manchon (70) de l'axe (67) en dévissant les vis (73), de glisser le manchon sur un des deux demi axes pour détacher ces derniers l'un de l'autre. L'ensemble de la FIGURE 31 peut alors être enlevé, remplacé rapidement par un autre et réparé ultérieurement.
(0095) La FIGURE 34 montre un assemblage semblable à celui de la FIGURE 31 à la différence, qu'entre les deux coussinets blocs, qu'il y a des roues dentées (64) (65) et des chaînes (66) d'installées pour transmettre le mouvenient des engrenages (49) (50) à de la machinerie d'emmagasinage ou de production d'énergie.
(0096) La FIGURE 36 est une répétition de la FIGURE 31 sans sa base (69). Six des ensembles de la FIGURE 31 doivent être installés de chaque côté du cadre (76) et réunis ensuite à l'ensemble de la FIGURE 34. La quantité d'ensembles de la FIGURE 31 qui doivent être assemblés est une recommandation des fabricants de joints de cardan à l'effet que l'angle idéal entre deux joints de cardan est de 30 degrés. Les deux engrenages (49) et (50) qui tournaient dans le sens contraire l'un de l'autre lorsqu'actionnés par le vent se retrouvent à tourner tous les deux dans le même sens lorsque rattachés à l'ensemble de la FIGURE 34. Un montage comme celui de la FIGURE 35 est installé dans les deux chambres du haut (13) et du bas (77) de la nacelle formant un circuit fermé de rotation des deux engrenages. En fait, le même mouvement est retransmis sur les deux étages à la fois.
(0097) Comme il est préférable que les dents des engrenages (49) et (50) ne se touchent pas durant leur rotation, le choix de joints de cardan s'impose pour transmettre le mouvement. La grande précision de ces joints assurent une rotation pratiquement sans jeu avec très peu de friction. Cette rotation est aussi très silencieuse. Donc, aucune pollution par le bruit. Le but des dents des engrenages est uniquement de capter l'énergie cinétique du vent, pas de transmettre le mouvements d'un engrenage à l'autre voilà pourquoi il est préférable que les dents ne se touchent pas.
(0098) La FIGURE 37 montre une vue d'ensemble de l'intérieur des trois étages de l, nacelle et du système mécanique de captation d'énergie cinétique du vent pour deux engrenages à trois dents synchronisés par des joints de cardan. La vue de l'ensemble fait face à la direction du vent.
Une éolienne de ce type peut toujours fonctionner avec un seul engrenage à la verticale et à l'horizontale.
(0099) La FIGURE 38 est absolument nécessaire pour montrer que le vent peut être orienté de deux façons pour faire fonctionner les deux engrenages. Le vent peut être dirigé vers le centre comme dans la FIGURE
21 ou vers les deux côtés de la nacelle comme dans la FIGURE 38. Dans les deux cas, les deux engrenages sont à l'abri des intempéries mais le sens de leur rotation est inversé pour un résultat identique.
(0100) La FIGURE 39 est une représentation de l'éolienne de la FIGURE
1 avec, en plus, un ascenseur ou monte-charge et un escalier en colimaçon autour de ce dernier (83). C'est une vue extérieur de côté.
(0101) Dans la FIGURE 40, nous voyons l'éolienne de la FIGURE 39 en coupe, ce qui permet de voir l'intérieur. Nous voyons d'abord la nacelle (1) qui pivote autour de l'ensemble ascenseur-escalier qui lui sert d'axe de rotation guidé par les rouleaux de centrage de la FIGURE 12. L'ensemble ascenseur-escalier est, dans ce modèle, fixé à la base (2) et seul la nacelle (1) pivote. La FIGURE 41 montre la vue en coupe de l'éolienne de la FIGURE 39 sans sa nacelle.
(0102) Dans la FIGURE 42, nous avons la même éolienne qu'en FIGURE
39, à la différence que l'ensemble ascenseur-escalier n'est plus fixé à la I.
(2) qui supporte la nacelle (1) mais fait partie intégrante de la nacelle (1) et pivote avec elle. L'ensemble ascenseur-escalier (92) mobile ou (83) fixe sert tourours ici d'axe de rotation à la nacelle (1). Nous retrouvons la même base (2) de la FIGURE 1 dans la FIGURE 43 prête à recevoir la nacelle modifiée de la FIGURE 42.
(0103) Finalement, la dernière FIGURE 44, décrivant l'éolienne, donne une vue assemblée de la FIGURE 42 et la FIGURE 43.
(0104) Une autre figure, la FIGURE 45, décrit une connexion combinée d'électricité et d'air comprimé pour installer au centre de l'axe de pivotement de la nacelle. Cette double connexion permet de transférer de l'air comprimé et de l'électricité d'une partie mobile, la nacelle, à une partie fixe, la base. Pour plus de commodité, l'air passe par le centre de la .4 connexion et l'électricité autour. C'est une rotation illimitée de la connexion en ce qui concerne l'angle. Dans bon nombre d'éoliennes les câbles électriques se tordent par la rotation de la nacelle et on doit les ramener à leur position initiale pour ne pas qu'ils se rompent. Ce dispositif de la FIGURE 45 élimine ce problème de transfert de gaz et d'électricité d'une partie mobile à une partie fixe. Une connexion mâle (97) et une connexion femelle pivotantes (98) sont donc nécessaires. Un conduit d'air mâle (93) et (94) s'ajuste à un conduit femelle (95) (96). De même, la connexion électrique mâle (101) s'ajuste à la connexion électrique femelle (102). Le câble électrique (99) reçoit l'électricité de l'alternateur installé dans la nacelle et la transfère au câble électrique .4 (100) qui la distribue aux utilisateurs.
(0099) La description détaillée du brevet se termine ici et les FIGURES
46, 47, 48, 49 et 50 sont fournis pour comparaison seulement.
(0100) La FIGURE 39 indique le pourcentage qu'occupe la surface des 3 I. pales d'une éolienne traditionnelle par rapport au diamètre qu'exige sa rotation. On ne peut augmenter la puissance de ce genre d'éolienne sans .4 en augmenter la longueur et la largeur des pales et par conséquent son diamètre de rotor.
(0101) La FIGURE 40 est la répétition de la FIGURE 39 mais réduite. Elle démontre, avec la FIGURE 41, l'augmentation de la puissance d'une éolienne en fonction de son diamètre. Plus le diamètre est petit, moins l'éolienne fournit de puissance. Avec l'éolienne à engrenages nous remarquons que possédons plus que le facteur du diamètre pour augmenter la puissance de l'éolienne.
(0102) Dans la FIGURE
42, nous avons des exemples multiples d'éoliennes à axe horizontal et, dans la FIGURE 43, ce sont, pour la majorité, des éoliennes à axe vertical. Les éoliennes traditionnelles, quelle que soit leur orientation ou leur forme, ne se sont pas améliorées substantiellement quant à la puissance fournie ou tout autre désavantage.

Claims (6)

ÉOLIENNES A ENGRENAGE
CE QUI EST REVENDIQUÉ ICI:

1- Une éolienne ayant les particularités générales suivantes:
a) Une nacelle pivotante recouvrant complètement le ou les engrenages qui servent à capter l'énergie cinétique du vent, à l'abri des intempéries;
b) Une nacelle pivotante s'alignant automatiquement face au vent grâce à une gouverne fixée à son extrémité arrière sans nécessiter aucun autre mécanisme pour le faire;
c) Une nacelle aérodynamique au contour elliptique comprenant trois étages distincts;
d) Une nacelle qui capte le vent sur la totalité de son devant qui fait face au vent. Aucun espace n'est perdu;
e) Une nacelle à intérieur évidé qui contient tout l'équipement servant à emmagasiner l'énergie cinétique du vent sous forme d'air comprimé et celui de la production de l'électricité;
f) Une nacelle supporté et centré par des rouleaux sur coussinets amovibles ne nécessitant pas son démantèlement en cas de réparations obligatoires de ces derniers ;
g) Une nacelle dont l'accès à son intérieur (haut, centre et bas) se fait par un ascenseur ou monte-charge et par un escalier intégrés.

D'abord du sol jusqu'à son intérieur par son centre de pivotement et, ensuite, par l'intérieur de ses murs de sa base jusqu'à son sommet;
h) Une nacelle vaste pouvant servir d'atelier et contenir des véhicules de manutention introduits normalement par le monte-charge;

i) Une nacelle dont l'ascenseur ou monte-charge et l'escalier pivotent en même temps qu'elle;
j) Une nacelle ne nécessitant pas de grue pour l'entretien de sa structure et de son équipement à cause de l'accès à son sommet par véhicule via le monte-charge;
k) Une nacelle dont le design permet le transfert facile d'air comprimé et d'électricité jusqu'au sol même pendant son pivotement;
l) Une base pouvant résister aux plus grands vents et à laquelle est ancrée solidement la nacelle. Préférablement construite avec du béton armé et ancrée profondément dans le sol;
m) Une base recouverte entièrement par la nacelle pivotante qui lui sert de toit;
n) Une base dont la surface portante est circulaire ou un polygone régulier;
o) Une base pouvant être emmurée par les côtés et servir d'atelier;
p) Une base à laquelle peut être fixés l'ascenseur ou monte-charge et l'escalier en colimaçon pour alléger le pivotement de la nacelle si nécessaire;
Un capteur éolien à engrenage modifié:
a) Un engrenage modulaire construit avec une structure évidée pour réduire.lia masse mobile au maximum;
b) Un engrenage dont les dents sont modifiées pour offrir la plus grande surface possible de captage du vent. Le prolongement des deux développantes de cercle d'une dent jusqu'à leur point d'intersection à partir du cercle qui les décrit permet de presque doubler la surface de captage du vent par les dents;

c) Un engrenage pouvant être préfabriqué en atelier par modules et assemblé sur place;
c) Un engrenage qui ne sert pas à s'engrener avec un autre semblable évitant l'usure, les pertes en friction et le jeu qui désynchronise les pièces en mouvement;
d) Un engrenage ne nécessitant aucun moulage permettant de le construire dans toutes les grandeurs sans équipement spécial;

3- Des blocs supports et centreurs:
a) Un rouleau de support de la nacelle monté sur coussinets et formant un bloc amovible pouvant être enlevé et remplacé par un autre pour le temps de sa réparation. Ce rouleau est ajustable en hauteur sans démonter la nacelle;
b) Un rouleau de centrage de la nacelle monté sur coussinets et formant un bloc amovible pouvant être enlevé et remplacé par un autre pour le temps de sa réparation. Ce rouleau est ajustable et sert à centrer le pivotement de la nacelle;

4- Un mécanisme de transfert de rotation des engrenages:
a) Un ensemble de deux blocs montés sur coussinets avec axe et deux joints de cardans installés sur une plaque amovible;
b) Un dispositif d'assemblage de deux joints de cardan juxtaposés au moyen d'un manchon amovible permettant d'enlever un ensemble de blocs pour réparation sans avoir à enlever ceux qui sont à son côté;
c) Les unités décrites en (b), au nombre de 6, installées sur un cadre commun pour permettre le transfert de la rotation d'un engrenage capteur éolien à la machinerie de production d'énergie sur 90 degrés;
d) Les mêmes unités décrites en (c), installés sur un cadre commun, permettant le transfert de la rotation, à la fois, de deux engrenages capteur éolien à la machinerie de production tout en gardant ces derniers parfaitement synchronisés;
e) Les mêmes unités décrites en d) permettant de transférer la rotation de deux engrenages à la machinerie de production d'énergie en utilisant en même temps les deux extrémités de leur axe respectif.
Ce dispositif forme un circuit fermé de rotation sur 360 degrés parfaitement synchronisé et sans jeu perceptible;

5- Capteurs à engrenage d'énergie éolienne:
a) Capteurs utilisant des déflecteurs pour récupérer tout le vent qui souffle sur le devant de la nacelle;
b) Ces mêmes capteurs décrits en a) concentrent le vent sur un côté
seulement du ou des engrenages autrement il n'y aurait pas de rotation. L'air qui souffle du côté où il ne doit pas souffler est ,dévié
entièrement de l'autre côté en utilisant le maximum de surface qu'il est possible d'employer;
c) Le design où l'air est dirigé vers le centre de la nacelle;
d) Le design où l'air est dirigé sur les deux côtés intérieurs de la nacelle au lieu du centre;

6) Connexions doubles de transfert air-électricité:
a) Connexions mâle-femelle à séparation rapide;
b) Connexions décrites en a) construites pour être centrées sur l'axe de rotation de la nacelle;
d) Connexions décrites en b) où l'un est fixe et l'autre peut pivoter;
e) Contacts électriques par frottement sur 360 degrés;
f) Conduits d'air et câbles électriques pouvant être installés de façon à ne pas nuire au passage des travailleurs ou à l'équipement.